JP2014014858A - 曲り板の片面溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 溶接を更に高品質にする。登り傾斜倣い機構を簡略にし登り傾斜倣い制御を省略する。
【解決手段】 Ｘ走行台；Ｙ走行台；昇降可および垂直Ｚ軸Ｏを中心に回転可のベース２；Ｚ昇降機構；θ旋回機構；溶接ト−チ３０Ｌ，３０Ｔを搭載しベース２に連結されたトーチ支持台３；開先線の登り傾斜αを検出する手段Ｐ２，Ｐ３，８；開先線の曲りθ’を検出する手段Ｐ２，Ｐ３，８；および、登り傾斜αおよび曲りθ’に対応してＺ昇降機構およびθ旋回機構を駆動してベース２の姿勢を所定に維持する制御手段８；を備え、更に、ワークの左右傾斜βを検出する手段Ｐ４，Ｐ５，８；および、トーチ支持台３を、開先を横断する左右方向Ｘに傾斜駆動するβ傾動機構３２；を備え、制御手段８は、左右傾斜β対応でβ傾動機構３２を駆動しトーチ支持台３の左右傾斜を所定に維持する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、曲面状のワークにより形成された開先を、３次元的に倣って溶接する装置に関し、特に、これに限定する意図ではないが、船体の船首あるいは船尾等の外板にあてられる曲面鉄鋼パネルどうしの突き当て部を片面溶接する装置に関する。

例えば造船においては、数枚の鉄鋼パネル（例：15m×20m）を突き当てて片面溶接し、船体の外板を製造する。ところで、船首あるいは船尾等の外板のように、溶接後の形状が曲面となる部分にあてられる鉄鋼パネルどうしを溶接する場合には、各パネルを所要の曲率となるように曲げたものをピン定磐で保持しパネル間の開先を上方から溶接する。この場合の開先は、形成される外板の曲面に沿ってのび、３次元的な曲りを有する。このような開先を溶接する場合、直線状の開先を溶接することが前提である自動溶接装置は使用できないので、従来は人手による溶接作業が多い。しかし、３次元的に曲った開先の人手による溶接作業は、作業者の足場の確保，溶接機器の配設などに、時間とスペ−スを要し、また直線開先の溶接の場合よりも溶接作業時間がかかり、溶接作業の生産性が低い。開先の曲り具合や溶接作業者の技量の優劣により溶接品質にばらつきを生じ易く、後手入れに多くの労力を要する。したがって溶接コストが高い。

そこで、３次元的に曲った開先の溶接作業を自動化して溶接生産性を高くしかつ溶接を高品質低コストにする曲り板の片面溶接装置（特許文献１）を、本発明者等は開発した。本発明はその改良に関する。

特許第３５２６５０６号明細書

特許文献１に開示した曲り板の片面溶接装置は、Ｙ方向に延びる開先が、垂直面（Ｙ−Ｚ平面）に対して左右方向（開先横断方向Ｘ）に傾斜β（左右傾斜β：図８，図１０）しているときは、開先横断方向Ｘに溶接トーチを往復駆動するオシレート（揺動）の左，右端（折返し点）での各停止時間を、溶接ビードを整える為に左右傾斜βに対応して調整するが、開先左右の溶込みを同一とすることは難しく、特に左右傾斜βが大きいときに、左右傾斜βによって下方に下がる開先辺（図１０上では右辺）側に溶接ビードが偏るという溶接品質低下を生じやすい。

また、水平面に対する開先線（開先が延びる方向の開先の連なり：溶接線に同じ）の傾斜α（登り傾斜α：図２）に対応して、トーチ支持フレームを電動のγ回転機構で開先線と直交するＸ方向に延びる軸３１を中心に旋回駆動して、トーチ姿勢を開先線に対して垂直にする登り傾斜倣いを行うが、電動のγ回転機構および登り傾斜倣い制御手段を備える分、溶接装置の機構および電気制御が複雑である。

本発明は、曲り板の片面溶接装置による開先の溶接を更に高品質にすることを第１の目的とし、登り傾斜倣い機構を簡略にして登り傾斜倣い制御を省略することを第２の目的とする。

（１）Ｘ走行モータ(M1)を備え水平Ｘ方向に走行するＸ走行台(Y1,Yz,RY,Y2)；該Ｘ走行台(Y1,Yz,RY,Y2)に支持され、Ｙ走行モータ(M2)を備え、Ｘ走行台に対して、Ｘ方向と直角なＹ方向に走行するＹ走行台(4)；該Ｙ走行台(4)に垂直Ｚ方向に昇降可および垂直Ｚ軸(O)を中心に回転可に支持されたベース(2)；該ベース(2)を垂直Ｚ方向に昇降駆動する昇降モータ(M4)を含むＺ昇降機構(12)；前記ベース(2)を垂直Ｚ軸(O)を中心に回転駆動する第１回転モータ(M3)を含むθ旋回機構(10)；溶接ト−チ(30L，30T）を搭載し前記ベース(2)に連結されたトーチ支持台(3)；開先線の登り傾斜αを検出する手段(P2,P3,8)；溶接方向(Y)に対する開先線の曲りθ’（図11）を検出する手段(P2,P3,8)；および、前記登り傾斜αおよび曲りθ’に対応して前記Ｚ昇降機構(12)およびθ旋回機構(10)を駆動して開先に対する前記ベース(2)の姿勢を所定に維持する制御手段(8)；を備える曲り板の片面溶接装置において、
更に、開先を形成したワーク(W1,W2)の左右傾斜βを検出する手段(P4,P5,8)；および、前記トーチ支持台(3)を、開先(b)を横断する左右方向(β)に傾斜駆動する傾動モータ(M7)を含むβ傾動機構(32)；を備え、前記制御手段(8)は、前記左右傾斜βに対応して該β傾動機構(32)を駆動して開先線に対する前記トーチ支持台(3)の左右傾斜を所定に維持する；ことを特徴とする曲り板の片面溶接装置（図４，図６）。

なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素又は相当部分の記号を、参考までに付記した。以下も同様である。

Ｘ走行台(RY)，Ｙ走行台(4)およびＺ昇降機構(12)によって、ベース(2)の３次元（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の位置を定めあるいは調整することができる。ベース(2)を垂直Ｚ軸(O)を中心に回転駆動するθ旋回機構(10)を備えるので、このθ旋回機構(10)を用いて、開先(b)の曲り（θ’）に対応して、開先(b)に対して常に溶接ト−チが基準姿勢を維持するように、溶接ト−チ（ベース）を旋回（θ）させることができる。

Ｙ方向に延びる開先(b)が、垂直面（Ｙ−Ｚ平面）に対して左右に傾斜β（図８，図１０）しているときは、β傾動機構(32)にてトーチ支持台(3)をβ分傾斜駆動することによって、開先(b)に対して溶接ト−チ(30L，30T）を垂直姿勢（Ｙ−Ｚ平面に対して角度β）にすることができ、これにより、開先幅（トーチのオシレート幅）全体を均一に溶接でき、しかも、左右傾斜βによって下方に下がる開先辺（図１０上では右辺）側への溶接ビードの偏りを抑制でき、溶接品質をより高くすることができる。

本発明の一実施例を斜め上方から見下した斜視図であり、機構要素を簡略化して示す。 図１に示す溶接装置１を図１に示した一点鎖線矢印２Ａ方向より見た正面図であり、一部分は断面を示す。 図２に示すセンサベース２対するトーチ支持台３の連結部の概要を示す拡大正面図である。 図３に示す連結部を詳細に示す拡大正面図である。 図４に示す連結部の平面図である。 図４および図５に示すβ傾動機構３２の概要を示す左側面図である。 図４および図５に示すα倣い機構４２の左側面図である。 図２に示す溶接装置１の右側面図であり、一部分は断面を示す。 図１に示す溶接装置１の各種機構を駆動する電気モータとセンサであるポテンショメータＰ１〜Ｐ５およびロータリエンコーダＰ６の概略位置を簡略化して示すブロック図である。 図８に示すワーク左右傾斜βを示す図面であり、ワークＷ１，Ｗ２は開先を横切る方向の断面を示す。 図１に示すワークＷ１，Ｗ２の斜視図であり、図９に示すポテンショメータＰ２〜Ｐ５の、ワークＷ１，Ｗ２に対する検出方向を示す。 図１に示すセンサベース２の移動方向および移動速度（溶接速度）Ｖと、開先ｂとの位置関係を示す平面図である。 図１に示すワークＷ１，Ｗ２の概観を示す斜視図である。 図８に示す制御回路８の制御動作を表すフローチャート（メインルーチン）である。 図１４に示すステップ４の「溶接」の内容（サブルーチン）を示すフローチャートである。

（２）前記β傾動機構(32)は、開先線(Y)を中心に前記トーチ支持台(3)を傾斜駆動する；上記(1)に記載の曲り板の片面溶接装置（図６）。これによれば、トーチ支持台(3)を開先(b)を横断する左右方向(β)に傾斜駆動しても、溶接ト−チ(30L，30T）は常に開先内に向かっているので、溶接位置（オシレート幅の中央）が開先幅中央からずれることがなく、高品質の溶接が実現する。

（３）前記β傾動機構(32)は、前記トーチ支持台(3)が固定された、開先線(Y)を中心とする弧状のガイドレール(33R)および該ガイドレールに固定された、開先線(Y)を中心とする弧状のラック(36R)、ならびに、前記ベース(2)に連結された部材(3B)に固定の基体(35B)，該基体(35B)で回転自在に支持された、ピニオン(34B)，該ピニオンを回転駆動する減速機，傾動モータ(M7)および前記ガイドレール(33R)を弧の半径方向に挟圧するように保持するレール保持ローラ(37B〜40B)、を含む；上記（２）に記載の曲り板の片面溶接装置（図６）。

（４）前記トーチ支持台(3)は、開先が延びる方向(Y)に分布する２以上の溶接トーチ(30L，30T）を支持して前記ベース(2)に、前記開先(b)を横断する方向(X)に延びる傾動中心軸(31)を中心に回動自在に連結され；
前記開先(b)があるワーク(W1,W2)で下受け支持される倣いローラ(43f,43r)，該倣いローラ(43f,43r)を、開先が延びる方向(Y)に直交する方向(X)に延びる倣い軸(44)を中心に回転自在に支持するローラ支持アーム(45)および該ローラ支持アーム(45)によって支持され前記トーチ支持台(3)を、前記溶接トーチ(30L，30T）の間で支持する倣い脚(47)、を含むα倣い機構(42)；を備える上記（１）に記載の、曲り板の片面溶接装置（図４，図７）。

これによれば、トーチ支持台(3)が、開先線を含むＹ−Ｚ平面上でＸ方向に延びる傾動中心軸(31)を中心に回動自在であるので、開先線の登り傾斜α（図２）に対応して、溶接トーチが開先線（ワーク）に対して垂直になるようにトーチ支持台（溶接トーチ）を角度α相当分傾斜させることができる。α倣い機構(42)がトーチ支持台(3)を下受け支持してワーク（開先線）の、登り傾斜αによる降下に倣うので、登り傾斜αがあっても自動的（機械的）に、溶接トーチが開先線に対して基準姿勢（垂直）になる。登り傾斜倣い機構が簡略であり、登り傾斜倣い制御が省略となる。

（５）前記β傾動機構(32)は、開先線(Y)を中心に前記トーチ支持台(3)を傾動駆動する；上記（４）に記載の曲り板の片面溶接装置。

（６）前記β傾動機構(32)は、前記トーチ支持台(3)が固定された、開先線(Y)を中心とする弧状のガイドレール(33R)および該ガイドレールに固定された、開先線(Y)を中心とする弧状のラック(36R)、ならびに、前記ベース(2)に連結された部材(3B)に固定の基体(35B)，該基体(35B)で回転自在に支持された、ピニオン(34B)，該ピニオンを回転駆動する減速機，傾動モータ(M7)および前記ガイドレール(33R)を弧の半径方向に挟圧するように保持するレール保持ローラ(37B〜40B)、を含む；上記（５）に記載の曲り板の片面溶接装置。

（７）前記トーチ支持台(3)にあって前記溶接トーチ(30L,30T)を開先線を横断する方向に往復駆動するオシレート機構(52L,52T)、を更に備える；上記（６）に記載の曲り板の片面溶接装置。

本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

図１に、本発明の一実施例の溶接装置１の概要を示す。以下に参照する図面において、Ｚ矢印方向を上とし、Ｙ矢印方向を前とするとともに、Ｘ矢印方向を右とする。図１は、溶接装置１を斜め上方から見下した斜視図相当の、機構概要を表す簡略図である。３次元的に曲がったワーク（ワーク）Ｗ１，Ｗ２は、図１３に示すように、互いに向いあう縁を突き当てた状態で、作業床面Ｆ上に設置された図示しないピン定盤により支持されている。ワークＷ１，Ｗ２の突き当てられた縁と縁の間にできた開先ｂは、ワークＷ１，Ｗ２が所要の角度で３次元的に曲げられているので、図示例においては、ワークは左前方が高い登り傾斜になっている。

図１において、床面Ｆ上には、水平Ｘ方向に延びるＸ方向レールＸ１が敷設されており、該レールＸ１よりも前方上方に（床面Ｆより離れて）、レールＸ１と平行なＸ方向レールＸ２が、図示しない支持柱により支持されている（図９）。２本のレールＸ１とＸ２をＸレール対ＲＸとする。レールＸ１にＸ走行台Ｙ１が、レ−ルＸ２にＸ走行台Ｙ２が載っており、これらのＸ走行台Ｙ１とＹ２が支持柱ＹｚおよびＹ方向レ−ルＲＹを支持している。支持柱ＹｚおよびＹ方向レ−ルＲＹは直交し一体連続である（図９）。Ｘ走行台Ｙ１の駆動車輪は、Ｘ走行台Ｙ１に搭載されたモータＭ１により図示しない減速機構を介して回転駆動される。モータＭ１が通電され、Ｘ走行台Ｙ１の駆動車輪が回転駆動されてＸ走行台Ｙ１がレールＸ１上を走行すると、支持柱ＹｚおよびＹ方向レ−ルＲＹがレールＸ１，Ｘ２に沿ってＹ軸に平行な状態でＸ方向左または右に移動する。

Ｙ方向レ−ルＲＹに溶接装置１の走行台車（Ｙ走行台）４の車輪４ａ〜ｄが載せられている。走行台車４の車輪４ａ〜ｄの回転軸には、図示しないスプロケットホイールが一体固着されており、該スプロケットホイールに、レールＲＹに沿って配設された輪状のチェーンベルトｃｈ（図９）が噛み合う。チェーンベルトｃｈは、走行台車４に載置されたモータＭ２により回転駆動され、それに伴い走行台車４がレールＲＹ上をＹ方向に移動する。

図２に、溶接装置１を図１に示した一点鎖線矢印２Ａ方向より見た正面を示し、図８には、図２に示す溶接装置１の右側面を示す。走行台車４の中央部には、上下に貫通する穴が開いており、該穴を中空で柱状の昇降管１２がＺ方向に昇降自在に貫通している。昇降管１２の外面には、それぞれＺ方向に延びるレール１３ａ〜ｃが装着されており、それらは、それと対向する走行台車４の穴の内面に設けられたスライダに、Ｚ方向に昇降自在にはまっている。昇降管１２の下部の外壁には、ｚ方向に延びるネジ棒Ｍ４ｓを回転駆動する昇降モータＭ４が固着支持されている。走行台車４には、台車部をＺ方向に貫通するねじ穴があり、該ねじ穴とネジ棒Ｍ４ｓがねじ結合している。ここで、走行台車４は、Ｙレ−ルＲＹで下支持されているので、昇降モータＭ４がネジ棒Ｍ４ｓを回転駆動すると、走行台車４に対して昇降管１２が、Ｚ方向に昇降する。昇降管１２の軸心を、Ｚ方向に延びる中空の旋回軸１０が水平回転自在に貫通する。走行台車４の上面から突出する昇降管１２の上開口近くの外壁に、回転モータＭ３が固着支持されている。回転モータＭ３の回転軸には平歯車が固着されており、水平方向に回転する。旋回軸１０の上開口の縁には平ギアが一体になっており、該ギアに回転モータＭ３の平歯車が噛み合う。回転モータＭ３が通電されると、その回転軸に一体の平歯車が回転し、ギアを介して旋回軸１０が昇降管１２に対して回転中心線Ｏを中心として回転する。

旋回軸１０の下端部には、センサベース２が支持されている。旋回軸１０の回転に伴いセンサベース２が水平方向に回転する。回転モータＭ３の回転軸には、ポテンショメータＰ１の回転軸が連結されており、ポテンショメータＰ１は、旋回軸１０の旋回角θを示す電気信号を発生する。

センサベース２の下部の、回転中心線Ｏの位置には、該中心線Ｏと直交する水平方向（図２では紙面と垂直な方向，図８ではｘ方向）とＺ方向に移動自在の第１の開先倣いロ−ラがあり、この第１の開先倣いロ−ラに２軸型のポテンショメータＰ３が結合されている。ポテンショメータＰ３は、第１の開先倣いロ−ラを回転自在に支持する支持杆の水平方向位置を検出するポテンショメータと、該支持杆のＺ位置を検出するポテンショメータを有し、回転中心線Ｏの位置での、センサベース２に対する開先の水平方向位置およびＺ位置を表わす電気信号を発生する（図２）。

センサベース２の下部の、回転中心線Ｏから所定距離離れた位置には、水平方向ＸとＺ方向に移動自在の第２の開先倣いロ−ラがあり、この第２の開先倣いロ−ラに２軸型のポテンショメータＰ２が結合されている。ポテンショメータＰ２も、第２の開先倣いロ−ラを回転自在に支持する支持杆の水平方向位置を検出するポテンショメータと、該支持杆のＺ位置を検出するポテンショメータを有し、回転中心線Ｏから所定距離離れた位置での、センサベース２に対する開先の水平方向位置およびＺ位置を表わす電気信号を発生する（図２）。

ポテンショメータＰ３とＰ２が検出した水平方向位置の差は、センサベース２（の水平な基準線）に対する開先線の水平方向の曲り（斜め角θ’：図１１）に対応し、ポテンショメータＰ３とＰ２が検出したＺ位置の差は、水平面に対する開先線の登り傾斜角（前後角）α（図２）に対応する。

センサベース２の下部の、第１および第２の開先倣いロ−ラ（Ｐ３，Ｐ２）を結ぶ縦線と直交し、回転中心線Ｏから所定距離離れた位置に、第１のワーク倣いロ−ラがあり、このロ−ラを回転自在に支持する支持杆のＺ位置を、ポテンショメータＰ５が検出し、該Ｚ位置を表わす電気信号を発生する（図８）。また、センサベース２の下部の、前記縦線と直交し、回転中心線Ｏから所定距離離れかつ回転中心線Ｏに関して第１のワーク倣いロ−ラと対向する位置に、第２のワーク倣いロ−ラがあり、このロ−ラを回転自在に支持する支持杆のＺ位置を、ポテンショメータＰ４が検出し、該Ｚ位置を表わす電気信号を発生する（図８）。ポテンショメータＰ５とＰ４が検出したＺ位置の差は、水平面に対するワーク（開先）の左右傾斜角β（図８，図１０）に対応する。

第１のワーク倣いロ−ラ（Ｐ５）には、ロータリエンコーダＰ６が結合されており、該ロ−ラ（Ｐ５）の所定小角度の回転につき１パルスの電気信号を発生する。このパルスをカウントすることにより、センサベース２の、開先に沿った移動量が分かり、所定時間の間のカウントアップ値は、センサベース２の、開先に沿った移動の速度Ｖ（溶接速度）を表わす。

図２を参照すると、第１および第２のワーク倣いロ−ラ（Ｐ５，Ｐ４）の配列方向（図２の紙面に垂直な方向Ｘ）に延びる傾動中心軸３１が、センサベース２を回転自在に貫通しセンサベース２で保持されている。傾動中心軸３１には、β傾動機構３２を介してトーチ支持台３が連結されている。トーチ支持台３は、ワークに当接して昇降する倣いローラを持つα倣い機構４２で下受け支持されているので、ベース２の開先線方向（Ｙ）の移動に伴うα倣い機構４２直下のワークの昇降に従ってトーチ支持台３が傾動中心軸３１を中心に昇降傾動する。これにより溶接トーチ３０Ｌ，３０Ｔの、ワークに対する前後角γ（図２）が略一定に維持される。

図３に示すように、トーチ支持台３は、β傾動機構３２および連結ブロック３Ｂを介して、傾動中心軸３１を中心に回転自在（昇降傾斜自在）に、ベース２に連結されている。図４および図５に連結部を詳細に示す。図４は図３（正面図）の拡大図に相当し図５は図４の平面図である。ベース２に対して傾動中心軸３１を中心に回動する連結ブロック３Ｂに、β傾動機構３２の基体３５Ｂが固定され、この基体３５Ｂに、図６に示すピニオン３４Ｂ，減速機構および傾動モータＭ７が固定され、また、倣いローラ３７Ｂ〜４０Ｂが回転自在に固定されている。トーチ支持台３は開先線（Ｙ）を中心とする弧状のガイドレール３３Ｂに固定されており、このガイドレール３３Ｂに、開先線（Ｙ）を中心とする弧状のラック３６Ｂが固定されている。倣いローラ３７Ｂ〜４０Ｂはガイドレール３３Ｒを弧の半径方向に挟圧するように保持し、ピニオン３４Ｂはラック３６Ｂに噛み合っている。

傾動駆動モータＭ７が正転すると、減速機構を介してピニオン３４Ｂが図６上で反時計方向に回転駆動されてラック３６Ｒを右上方向すなわち時計方向に回動駆動する。ラック３６Ｒと一体の弧状ガイドレール３３Ｂが、位置が固定のレール保持ローラ３７Ｂ〜４０Ｂで支持されたまま時計方向に回動するので、弧状ガイドレール３３Ｂに固定されたトーチ支持台３が、時計方向に傾動する。傾動駆動モータＭ７が逆転すると、弧状ガイドレール３３Ｂが反時計方向に回動し弧状ガイドレール３３Ｂが反時計方向に傾動する。トーチ支持台３に装備した溶接トーチ３０Ｌ，３０Ｔがトーチ支持台３と同じく傾動する。

左右Ｘ方向に水平なワークＷ１，Ｗ２（開先ｂ）のＹ−Ｚ断面と平行（開先に対して垂直）な姿勢で、開先を溶接トーチ３０Ｌ，３０Ｔで溶接しているとき、溶接の進行（ベース２の、開先線（Ｙ）に沿う移動）に伴って開先（ワークＷ１，Ｗ２）が、図８，図１０に示すようにＹ−Ｚ垂直面に対して進行方向Ｙ前方で反時計方向に傾斜βしているとき、傾動駆動モータＭ７を逆転駆動して溶接トーチ３０Ｌ，３０Ｔをβ分反時計方向に傾動駆動することにより、開先（ワークＷ１，Ｗ２）が左右Ｘ方向に傾斜しても、これに合わせて溶接トーチ３０Ｌ，３０Ｔ（トーチ支持台３）を同方向に傾斜駆動することにより、開先に対して溶接トーチ３０Ｌ，３０Ｔを垂直姿勢に維持することができる。

図７に、図４に示すα倣い機構４２の左側面を示す。図４に示すように、トーチ支持台３は、開先が延びる方向（Ｙ）に分布する２個の溶接トーチ３０Ｌ，３０Ｔを支持して、ベース２に、開先ｂを横断する左右方向Ｘに延びる傾動中心軸３１を中心に回動自在に連結されているので、傾動中心軸３１を中心に垂直Ｚ方向に傾動することができる。このトーチ支持台３が、ワークＷ１，Ｗ２の垂直Ｚ方向の傾斜すなわち登り傾斜（α：図２）に倣って同方向に傾斜するように、ワークＷ１，Ｗ２の登り傾斜に倣うα倣い機構４２が、トーチ支持台３を下受け支持している。

α倣い機構４２には、開先ｂを形成するワークＷ１，Ｗ２で下受け支持される倣いローラ４３ｆ，４３ｒがあり、これらは左右方向に延びる心棒である倣い軸４４で、該軸を中心に回転自在に、保持されている。この倣い軸４４の両端をローラ支持アーム４５が支持している。ローラ支持アーム４５は傾動中心軸４６を中心に回転（左右傾動）可能に、倣い脚４７の下端に装着されている。倣い脚４７は、溶接トーチ３０Ｌ，３０Ｔの間でトーチ支持台３に固定されている。しかし倣い脚４７は、トーチ支持台３に対して左右方向に取り付け位置を調整することができる。

溶接トーチ３０Ｌは、溶接トーチ３０Ｌを開先の幅方向（Ｘ）にオシレート駆動するオシレートモータＭ９を含むオシレート機構５２Ｌを介して、トーチ支持台３で、開先の幅方向（Ｘ）にオシレート可に支持されている。溶接ト−チ３０Ｔも、溶接トーチ３０Ｔを開先の幅方向にオシレート駆動するオシレートモータＭ１１を含むオシレート機構５２Ｔを介して、トーチ支持台３で、開先の幅方向（Ｘ）にオシレート可に支持されている。

センサベース２にはさらに、ワイヤ供給装置５がある。ワイヤ供給装置５は、２組のワイヤフィーダとそれらを駆動するモータＭ５，Ｍ６からなる。２本の溶接ワイヤｗａ１，ｗａ２は、走行台車４の上部に載置されているワイヤパックｗｐより、旋回軸１０内軸心部をＺ方向に貫通する管１４内を通り、管１４の排出口１４ａよりワイヤ供給装置５に供給され、その中のワイヤフィーダを通り、溶接トーチ３０Ｌ，３０Ｔにそれぞれ供給される。

溶接が開始されると、モータＭ５，Ｍ６がワイヤフィーダを駆動し、ワイヤｗａ２，ｗａ１をワイヤパックｗｐから溶接トーチ３０Ｔ，３０Ｌにそれぞれ供給する。モータＭ９が溶接速度Ｖに応じた速さで、溶接トーチ３０Ｌをオシレート駆動する。また、モータＭ１１が溶接速度Ｖに応じた速さで、溶接トーチ３０Ｔをオシレート駆動する。

図９に、前述した各モータＭ１〜Ｍ１１，ポテンショメータＰ１〜Ｐ５及びロータリエンコーダＰ６の配置および機能をまとめて示す。また表１には、上述したモータＭ１〜Ｍ１１の駆動対象を示し、表２には、上述したポテンショメータＰ１〜Ｐ５およびロータリエンコーダＰ６の検知対象を示す。表１上のＡ〜Ｄは、作業環境により調整する値である。

各モータＭ１〜Ｍ１１の正，逆回転の通電制御は、センサベース２の近傍に取り外し可能に装着できるペンダント９（図８）を介して、初期設定の時には作業者が行うが、溶接を開始すると、ペンダント９が接続された制御回路８が、Ｐ１〜Ｐ６の検出値を参照しつつ自動で行う。センサベース２内には、各モータをそれぞれ駆動するモータドライバがあり、ペンダント９又は制御回路８から与えられた通電指令は、これらのモータドライバに伝えられ、各モータドライバは、通電指令に従って、それぞれに接続されているモータを駆動する。

制御回路８は、溶接スタ−トが与えられると、それまでにペンダント９から入力された情報と、ポテンショメータＰ１〜Ｐ５及びロータリエンコーダＰ６の検出値に従って、開先ｂに溶接ト−チを倣わせ、かつ開先に対して溶接ト−チを設定された姿勢およびねらい位置に制御し、溶接速度を設定速度とする、Ｘ走行台(Y1,Yz,RY,Y2)，Ｙ走行台４の走行速度制御，センサベース２のθ回転制御および昇降制御，トーチ支持台３のβ回転制御ならびにオシレート幅中心の開先倣い制御を行なう。

図１４には、制御回路８の制御動作を表すメインルーチンを示す。制御回路８（図８）は電源が投入されると、ステップ１において、内部メモリ，カウンタ等を全てクリアする。そして、ペンダント９上のランプ（図示せず）を点灯してメモリの初期化が終了したことを示し、作業者の入力待ちになる（初期化）。この時、各モータＭ１〜Ｍ１１は、ペンダント９の制御盤（図示せず）上のキー操作に応じて作業者が駆動できる。以降の図１４及び図１５の説明において、カッコ内には「ステップ」という語を省略してステップＮｏ．数字のみを示す。

作業者は、ペンダント９上のランプの点灯により初期化が終了したことを確認すると、ペンダント９の制御盤（図示せず）上のキーを操作して、モータＭ１〜Ｍ１１を選択的に駆動（通電）して、溶接トーチ３０Ｌ，３０Ｔの開先ｂに対する姿勢及び距離を決定する。詳しくいえば、１．モータＭ１，Ｍ２を駆動して、回転中心線Ｏを開先ｂ上のセンシング開始点Ｏｐ（図１，２，３）に移動させ、モータＭ４を駆動してセンサベース２を降ろし、第１の開先倣いロ−ラ（Ｐ３）を該センシング開始点（開先内）に置く。センシング開始点は、開先線の両端部のうち、Ｚ位置（高さ）が低い方の端部である。なお、ワークＷ１，Ｗ２は、開先線がＹ軸と大略で平行になるように、床Ｆに配置されている。

２．モータＭ３を駆動して旋回軸１０（センサベース２）を旋回させ、第２の開先倣いロ−ラ（Ｐ２）を、第１の開先倣いロ−ラ（Ｐ３）に対して溶接方向前方の開先ｂ内に置く。

３．モータＭ４を駆動してセンサベース２を昇降して、第１および第２の開先倣いロ−ラ（Ｐ３，Ｐ２）が開先内にあって、それらのＺ位置がＺ位置移動範囲の中央近くに有り、しかも第１および第２のワーク倣いロ−ラ（Ｐ５，Ｐ４）がワークに当りそれらのＺ位置がＺ位置移動範囲の中央近くにあるように、センサベース２の高さを調節する。

４．開始姿勢設定を指示する。制御回路８は開始姿勢設定指示に応答して、この時のポテンショメータＰ３，Ｐ２の電気信号をデジタル変換して読込む。そして、ポテンショメータＰ３，Ｐ２の水平方向位置（図２の紙面に垂直な方向）が中立点（水平方向位置ずれ零）となるように、モータＭ３でセンサベース２を回転駆動する。これにより、第１の開先倣いロ−ラ（Ｐ３）および第２の開先倣いロ−ラ（Ｐ２）の水平方向位置がセンサベース２に対して基準位置（水平方向位置ずれなし）となり、両ロ−ラ（Ｐ３，Ｐ２）を結ぶ縦線上に溶接ト−チ３０Ｌ，３ＯＴが位置する。

５．傾動モータＭ７を駆動してトーチ支持台３をβ回転駆動し、溶接トーチ３０Ｔ，３０Ｌを、開先線に垂直にする。

６．モータＭ５，Ｍ６を駆動して、溶接トーチ３０Ｔ，３０Ｌに溶接ワイヤｗａ１，ｗａ２を供給する。

７．モータＭ９，Ｍ１１を駆動して、溶接トーチ３０Ｔ，３０Ｌをオシレートさせ、開先ｂに対し、直交する方向のオシレート幅およびオシレート幅中心位置を調整する。

上記１〜７の手順は初期設定の手順の一例であり、順序は必要に応じて変更，操り返しあるいは省略すれば良い。さらに、作業者はペンダント９上の操作盤上のキーを介して所要の溶接速度Ｖsを入力する。作業者は初期設定が完了すると、ペンダント９上の操作盤上で、初期設定が完了したことを示すキー操作を行う。

制御回路８は、入力があった溶接速度Ｖsをレジスタにセーブし、初期設定完了の入力があると、この時のポテンショメータＰ１〜Ｐ５の電気信号をデジタル変換して読込み、かつ、オシレート幅およびオシレート幅中心位置をレジスタにセーブする。そして、ポテンショメータＰ３，Ｐ２の水平方向位置（図２の紙面に垂直な方向）が中立点（水平方向位置ずれ零）でないときには、上記４．と同様に、モータＭ３でセンサベース２を回転駆動し、これを終えると、上記５．〜７．の調整をうながす報知をする。ポテンショメータＰ３，Ｐ２の水平方向位置（図２の紙面に垂直な方向）が中立点にあり、しかも、ポテンショメータＰ１が表わす回転角度θ，ト−チのオシレート幅およびオシレート幅中心位置がそれぞれ適値であるかを、それぞれが各設定範囲内にあるかをチェックすることにより判定し、適値であると溶接スタ−ト可を報知する。適値でないと、適値でないものの再調整をうながす報知を発生する。

溶接スタ−ト可を報知すると制御回路８は、作業者のキー操作による溶接開始指示が到来するまで待機し、溶接開始指示が到来すると溶接を開始する（３）。なお、溶接を中断したい場合にも作業者は、やはりペンダント９の操作キーのキー操作により「溶接停止」を入力する。「溶接停止」については後述する。

図１５に、ステップ４の「溶接」のサブルーチンを示す。ここで制御回路８は、ロータリエンコーダＰ６が１パルス発生するごとにそれをカウントアップし、所定周期で、カウントアップ値を読んで溶接速度Ｖを算出してレジスタにセーブしてカウントアップ値を初期化（クリア）する（４１）と共に、ポテンショメータＰ１〜Ｐ５の電気信号をデジタル変換して読込む（４２）。図１１には、センサＰ２〜Ｐ５の、検出基点からの検出方向を矢印で示す。そして次の状態情報を演算する（４３）。

開先の曲りθ’：回転θ方向の、センサベース２に対する開先ｂの曲りθ’の算出。ポテンショメータＰ３とＰ２が検出した水平方向の位置の差より算出する。

開先線の登り傾斜α：センサベース２直下の開先線の水平面とのなす登り傾斜角α（図２）の算出。ポテンショメータＰ３とＰ２が検出したＺ位置の差より算出する。

ワークの左右傾斜β：開先を横切る方向のワークの傾斜角β（図８，図１０）の算出。ポテンショメータＰ５とＰ４が検出したＺ位置の差より算出する。

こうして状態情報θ’，αおよびβを算出すると、制御回路８は、センサベース２に対する開先の曲りθ’を零とするための、センサベース２のθ回転の目標角度Θ＝θ＋θ’を算出して、Ｘ走行目標速度Ｖsx＝Ｖs cosΘ，Ｙ走行目標速度Ｖsy＝Ｖs sinΘ，Ｘ走行速度 Ｖx ＝Ｖ cosΘ，Ｙ走行速度 Ｖy ＝Ｖ sinΘを算出する（４４）。θはポテンショメータＰ１の検出値である。図１２には、センサベース２の移動方向および移動速度（溶接速度）Ｖと、開先線との関係を示す。移動速度ＶのＸ方向成分はＶ cosΘ、Ｙ方向成分はＶ sinΘとなる。

制御回路８は、次に目標値を算出する（４５）。これにおいてはまずＸ走行目標速度Ｖsxに対するＸ走行速度Ｖxの偏差を算出し、ＰＩＤ演算によりこの偏差を零とするためのモータＭ１の通電電流目標値を算出する。同様に、Ｙ走行目標速度Ｖsyに対するＹ走行速度Ｖyの偏差を算出し、ＰＩＤ演算によりこの偏差を零とするためのモータＭ２の通電電流目標値を算出する。更に、初期設定を完了したときに読込んだポテンショメータＰ２〜Ｐ５の検出デ−タと、今回読込んだポテンショメータＰ２〜Ｐ５の検出デ−タに基づいて、初期設定のときと実質上同一の、開先／ト−チ間の相対位置および姿勢を維持するためのトーチ支持台３の左右傾斜目標値を算出する。この左右傾斜目標値は、今回検出したワークの左右傾斜β（図１０）に相当する。

次に制御回路８は、算出した目標値に基づいてＭ１〜Ｍ１１を駆動する（４６）。すなわち最新の目標値に従ったモータ駆動を行なう。これにおいて、制御回路８は、ポテンショメータＰ３が検出したＺ位置が初期設定を完了したときのＺ位置となるようにモータＭ４を駆動してセンサベース２を昇降駆動し、ポテンショメータＰ１の検出角度θが目標角度ΘになるようにモータＭ３を駆動し、トーチ支持台３の左右傾斜角度を目標値に合わすように傾動モータＭ７を駆動する。また、Ｘ走行速度ＶxおよびＹ走行速度Ｖyがそれぞれ目標値ＶsxおよびＶsyに合致するようにモータＭ１およびＭ２を加，減速する。

そして制御回路８は、作業者がペンダント９上の操作キーを介して「溶接停止」指示を入力したか、あるいは第２の開先倣いロ−ラ（ポテンショメータＰ２）が開先ｂの終端に到達したかをチェックして（４７）、そのどちらかであれば図１４のステップ５に戻る。しかし、どちらも成立していないときには、制御周期を定めるタイマのタイムオ−バを待って、ステップ４１に進み、次の制御サイクルを開始する。

「溶接停止」指示が入力されるかあるいは、ポテンショメータ２の電気信号が開先終端を示すものになると、制御回路８は、ステップ５（図１４）の終了処理を実行し、溶接トーチ３０Ｌ，３０Ｔの溶接を停止して各モータを停止する。

１：溶接装置 ２：センサベース
３：トーチ支持台 ４：Ｙ走行台車
４ａ〜ｄ：車輪 ５：ワイヤ供給装置
８：制御回路 ９：ペンダント
１０：旋回軸 １２：昇降管
１３ａ〜ｃ：レール １４：管
１４ａ：排出口 ３０Ｌ，３０Ｔ：溶接トーチ
ｂ：開先 ｃｈ：チェーンベルト
Ｆ：水平床面 Ｍ１〜Ｍ１１：モータ
Ｍ４ｓ：ネジ棒 Ｘ１，Ｘ２：Ｘ方向レール
ＲＸ：Ｘレール対 Ｙ１，Ｙ２：Ｘ走行台
Ｙｚ：支持柱 ＲＹ：Ｙ方向レ−ル
Ｏ：回転中心線 Ｐ１〜Ｐ５：ポテンショメータ
Ｐ６：ロータリエンコーダ
Ｗ１，Ｗ２：ワーク ｗａ１，ｗａ２：溶接ワイヤ
ｗｐ：ワイヤパック
３１：傾動中心軸 ３２；β傾動機構
３Ｂ：連結ブロック ３３Ｒ：弧状ガイドレール
３４Ｂ：ピニオン ３５Ｂ：基体
３６Ｒ：弧状ラック 37B,38B,39B,40B：レール保持ローラ
４２：α倣い機構 ４３ｆ，４３ｒ：倣いローラ
４４：倣い軸 ４５：ローラ支持アーム
４６：傾動中心軸 ４７：倣い脚
５２Ｌ，５２Ｔ：オシレート機構

Claims (7)

1. Ｘ走行モータを備え水平Ｘ方向に走行するＸ走行台；該Ｘ走行台に支持され、Ｙ走行モータ(M2)を備え、Ｘ走行台に対して、Ｘ方向と直角なＹ方向に走行するＹ走行台；該Ｙ走行台に垂直Ｚ方向に昇降可および垂直Ｚ軸を中心に回転可に支持されたベース；該ベースを垂直Ｚ方向に昇降駆動する昇降モータを含むＺ昇降機構；前記ベースを垂直Ｚ軸を中心に回転駆動する第１回転モータを含むθ旋回機構；溶接ト−チを搭載し前記ベースに連結されたトーチ支持台；開先線の登り傾斜αを検出する手段；溶接方向に対する開先線の曲りθ’を検出する手段；および、前記登り傾斜αおよび曲りθ’に対応して前記Ｚ昇降機構およびθ旋回機構を駆動して開先に対する前記ベースの姿勢を所定に維持する制御手段；を備える曲り板の片面溶接装置において、
   更に、開先を形成したワークの左右傾斜βを検出する手段；および、前記トーチ支持台を、開先を横断する左右方向に傾斜駆動する傾動モータを含むβ傾動機構；を備え、前記制御手段は、前記左右傾斜βに対応して該β傾動機構を駆動して開先線に対する前記トーチ支持台の左右傾斜を所定に維持する；ことを特徴とする曲り板の片面溶接装置。
2. 前記β傾動機構は、開先線を中心に前記トーチ支持台を傾斜駆動する；請求項１に記載の曲り板の片面溶接装置。
3. 前記β傾動機構は、前記トーチ支持台が固定された、開先線を中心とする弧状のガイドレールおよび該ガイドレールに固定された、開先線を中心とする弧状のラック、ならびに、前記ベースに連結された部材に固定の基体，該基体で回転自在に支持された、ピニオン，該ピニオンを回転駆動する減速機，傾動モータおよび前記ガイドレールを弧の半径方向に挟圧するように保持するレール保持ローラ、を含む；請求項２に記載の曲り板の片面溶接装置。
4. 前記トーチ支持台は、開先が延びる方向に分布する２以上の溶接トーチを支持して前記ベースに、前記開先を横断する方向に延びる傾動中心軸を中心に回動自在に連結され；
   前記開先があるワークで下受け支持される倣いローラ，該倣いローラを、開先が延びる方向に直交する方向に延びる倣い軸を中心に回転自在に支持するローラ支持アームおよび該ローラ支持アームによって支持され前記トーチ支持台を、前記溶接トーチの間で支持する倣い脚、を含むα倣い機構；を備える請求項１に記載の、曲り板の片面溶接装置。
5. 前記β傾動機構は、開先線を中心に前記トーチ支持台を傾動駆動する；請求項４に記載の曲り板の片面溶接装置。
6. 前記β傾動機構は、前記トーチ支持台が固定された、開先線を中心とする弧状のガイドレールおよび該ガイドレールに固定された、開先線を中心とする弧状のラック、ならびに、前記ベースに連結された部材に固定の基体，該基体で回転自在に支持された、ピニオン，該ピニオンを回転駆動する減速機，傾動モータおよび前記ガイドレールを弧の半径方向に挟圧するように保持するレール保持ローラ、を含む；請求項５に記載の曲り板の片面溶接装置。
7. 前記トーチ支持台にあって前記溶接トーチを開先線を横断する方向に往復駆動するオシレート機構を更に備える；請求項１〜６のいずれか１つに記載の、曲り板の片面溶接装置。

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